地源熱泵中央空調技術在火車站的應用和經濟效益分析

于文海

摘 要：文章先分析了地源熱泵的運行原理，隨后介紹了火車站的中央空調應用狀況，并對其應用效益進行詳細分析，最后對地源熱泵中央空調的實際效用進行總結，希望能給相關人士提供有效參考。

關鍵詞：地源熱泵；中央空調；火車站

引言：某一火車站是一等甲級的客貨運站，日最高的人流聚集量可以達到十五萬人，是當地重要的交通樞紐。車站的候車廳本來是空調設計，整窗封閉，但是在實際投入使用后，一直沒有安裝通風換氣設備和空調，導致室內通風條件較差，在夏季火車站中的候車廳溫度幾乎可以達到四十攝氏度，室內空間難聞，對車站的服務質量和窗口形象造成影響，為此需要進行全面改革。

一、地源熱泵運行原理

隨著經濟的發展和人們生活質量的提升，空調已經成為公共住宅和公共建筑中的普遍需求。發達國家中空調和供熱能耗在整個社會消耗中可能會占到25%到30%左右。而我國的能源結構主要是以礦物燃料為主，其中煤炭能源在礦物能源消耗中占據較大的比重。燃燒礦物資源容易產生各種污染氣體，進而對大氣環境造成不良影響，包括二氧化碳和二氧化硫等有害氣體，而氣候環境也逐漸成為各個國家重點關注的問題。

地源熱泵的中央空調技術，結合了地表下水資源和土壤的龐大儲存量以及恒溫特點，創建出一種空調機組運行的最佳環境，其制冷過程中，機組會置換空調內部空間的熱量，并將其傳輸到地下水源和土壤附近吸收，在制熱過程中，機組還會把地下深層的土壤熱能輸送到采暖連通空進內，因為地下土壤溫度適中，因此可以促進空調機組運行效率的全面提升。其能效比值處于采暖過程中時能夠超出4.0，在制冷工作中則可以達到5.2，和一般的中央空調相比，其節能效果達到了30%到50%左右，具有突出的節能優勢。同時機組在運行過程中的用水量較少，噪音小，不會產生任何多余的污染物和廢棄物，環保效果突出。其安裝過程中，機組的組裝工作比較方便簡單，占地小，進而省去了室外搭建冷卻塔的占地，縮減了機組的維修量，大大降低了投資成本，是現代化發展過程中比較經濟的一種空調技術。

二、火車站中央空調應用狀況

本文以某一火車站中的地源熱泵，即地埋管中央空調系統的構建方案為例，設計成水式熱泵機組以及地埋管的換熱器系統，包括室外管道、室內系統、地下換熱系統和地緣熱泵機組等幾部分構成，整體投資金額達到四百萬元。

第一，在設計過程中需要對室內空調系統的運行參數進行合理設置，夏季室外的計算干球溫度設置為35.2攝氏度，而計算濕球的溫度設置為27.9攝氏度。冬季計算干球的相對濕度是69%，而溫度狀態是-7攝氏度。夏季的室內溫度是25到27攝氏度之間，冬季火車站候車室中的室內溫度是16到18攝氏度，而辦公室中的溫度是18到20攝氏度。

第二，需要確定熱負荷與冷負荷按照車站中的實際狀況和中央空調的應用功能，進行全面計算，最終得出熱量總負荷是530千瓦，而冷負荷是731.8千瓦。

第三，是對熱泵機組進行合理選型。針對中央空調的熱泵機組可以選擇MWH105CA型號，共需要兩臺設備，其中地源熱泵技術的主要參數是供熱量每臺400千瓦，供冷來拿是每臺370千瓦，在夏季的輸入功率是每臺73.1千瓦，而在冬季的輸入功率是每臺98.3千瓦。

第四，地埋管換熱系統，按照整體的負荷量進行綜合計算，地埋管的換熱器總長度是四萬米，呈雙U型下管，下管的埋藏深度是一百米，孔徑是D150，共有一百個孔，孔之間的距離是4米，地表層中的連接管道埋藏深度是2米，地下管選擇DN32的專用聚乙烯塑料材料制作而成的管材。

三、效益分析

從實際效用角度分析，通過冷水機組和燃煤鍋爐聯合應用的中央空調是一種最為經濟的運行方式，但是我國當下大部分城市都開始禁止創建燃煤鍋爐系統，同樣本地也是如此，此外，我國鐵道部還明確規定了在沒有特殊的條件要求下，禁止構建燃油鍋爐。因此將燃油鍋爐和燃煤鍋爐進行對比已經沒有任何意義，這里僅和燃氣鍋爐加上冷水機組的空調系統應用進行比較分析。當前，該市的天然氣標準價格是每立方米2.4元，電價是每千瓦時0.83元。按照該火車站的實際應用狀況和當地的氣候條件，該火車站中的中央空調系統在夏季需要持續運行十二天，火車站第一層中的第一候車室需要每天連續運行二十四小時。而二層的候車室和火車站中的辦公區以及售票廳需要每天連續運行十六個小時，剩余空間每天需要連續運營十個小時。冬季需要連續運行九十天，其中第一層候車室需要每天運行二十四小時，二層的候車室、辦公廳和售票廳需要每天連續運行十六個小時，連續八個小時保溫，剩余區域空間每天需要連續運行十個小時，保溫十四個小時。

夏季工況，按照國內統計符合以及ARI，每天運行二十四小時，折算成滿負荷時間是1152個小時，末端功率是15千瓦；每天運行十個小時折算滿負荷時間是480.2小時，末端功率是2.655千瓦，而每天連續運行十六個小時折算滿負荷時間是768.2小時，末端功率是23.4千瓦。水泵的消耗費用如下：共有兩臺循環水泵，滿負荷系數是0.6，共計30千瓦，電力消耗是51840千瓦時，費用是43027元。冬季制熱狀態下，電力消耗是272867千瓦時，電費共計226480元。全年，即中央空調的一個運行周期的電力消耗是539167千瓦時，而電費共計447509元。

選擇和本地維度相同，距離接近，天氣和氣候狀況相同的某一城市中的火車站天然氣鍋爐加上冷水機組系統作為參考物，和地源熱泵的重要空調系統進行對比。其火車站中只有一臺燃氣鍋爐，蒸發量是每小時四噸，冷水機組是16JT665型號，設備制冷量是1758千瓦，蒸汽量是每小時2300千克。據相關數據統計分析，其中央空調平均運行投入資金是0.951元/（m2d），如果使用這種方式，本車站中的年消耗費用將會達到799239元，由此可以看出，和燃氣鍋爐加上冷水機組的方式相比，地源熱泵技術可以有效節約費用351730萬元，達到了44%的節約率，其經濟效益相當可觀[1]。

四、實際效用

通過上述分析可以發現，地源熱泵技術下的中央空調系統具有良好的環保效果和節能效果。其在冬季運行中，COP是4，投入1千瓦電能，便可以獲得4千瓦熱能，夏季運行中，其COP能夠達到1千瓦電能，即獲得超出4千瓦的冷量。其費用消耗僅占傳統中央空調資金消耗的60%，同時還無需對埋熱管進行除霜工作，進而降低了除霜和結霜能耗。從環保性的層面分析，地源熱泵技術下的中央空調系統主要是使用地表淺層的熱能資源，無需進行燃燒，因此也不會出現廢棄物和煙氣排放，環保清潔，無污染。在系統供熱的過程中，還省去了其中的鍋爐房環節，在供冷中省去了其中的冷卻塔建設工作，預防冷卻塔中的霉菌污染和噪音問題。從可再生角度分析，土壤自身的蓄熱性能突出，在冬季可以利用熱泵將地下低位熱能傳輸至室內，為建筑供暖，此外還可以儲存大量冷量。在夏季可以利用熱泵將建筑空間中的熱量輸送到地下實施自然降溫處理，并儲存熱量，從而為冬季應用做好儲備，維持大地的熱量平衡[2]。

結語：綜上所述，通過車站中的應用效果可以發現，地源熱泵技術能夠進一步提高資源節約效率，提升能源利用率，降低二氧化碳等溫室氣體的出現，有效減少了各種燃燒污染物的排放，屬于一種持續發展節能技術，其應用范圍較廣，運行投入費用低，環保效果和節能效果顯著。

參考文獻：

[1]張明.地源熱泵中央空調技術在南陽火車站的應用和經濟效益分析[J].節能，2017（10）：49-50.

[2]韋宏益.地源熱泵中央空調技術在南陽火車站的應用和經濟效益分析[C].中國科學技術協會：中國科學技術協會學會學術部，2017：4.